¿Por qué el espermatozoide y el óvulo compiten tras la fecundación?
Los núcleos del espermatozoide y del óvulo compiten por tamaño inmediatamente después de la fecundación, lo cual es esencial para el correcto desarrollo embrionario, según un estudio realizado con ratones, en el que participó la Universidad de Kobe (Japón). Este trabajo finalmente da sentido a un fenómeno conocido por los biólogos desde hace décadas. El trabajo se publica en 'Nature'.
Al comienzo de la vida de un nuevo individuo, un óvulo y un espermatozoide se fusionan para formar lo que los biólogos llaman un cigoto, un óvulo fecundado. En mamíferos como ratones y humanos, los núcleos que contienen el ADN de estas células no se fusionan de inmediato, sino que permanecen separados como los llamados pronúcleos hasta justo antes de la primera división celular. "Este hecho se conoce desde hace décadas, pero nadie entendía realmente por qué existe esta separación. Simplemente se consideraba una característica descriptiva en lugar de algo que debiera investigarse experimentalmente", argumenta Kyogoku Hirohisa, biólogo del desarrollo de la Universidad de Kobe.
De hecho, la separación de los núcleos podría aumentar el riesgo de errores durante la primera división celular. Por ello, en la reproducción asistida, los embriones en los que los pronúcleos materno y paterno se fusionan precozmente han despertado interés, pero se sabe que estos embriones tienen una menor probabilidad de llegar a término.
Kyogoku se especializa en el estudio del desarrollo temprano inmediatamente después de la fecundación. "El ADN que un individuo hereda de su madre y su padre difiere no solo en su información genética. También se sabe que el genoma materno tiene muchas modificaciones químicas, como pequeñas marcas, en las moléculas que rodean el ADN. El genoma del espermatozoide, en cambio, prácticamente no tiene tales modificaciones. Pero estas modificaciones son esenciales para el desarrollo embrionario", explica. Sospechando que la fusión de los pronúcleos podría influir en la regulación genética, se asoció con investigadores de RIKEN y, utilizando sus técnicas especiales de manipulación celular, examinó detenidamente qué sucedía con estas modificaciones cuando los pronúcleos se fusionaban y en otras condiciones.
En la revista Nature, el equipo publicó que descubrieron que el tamaño de los pronúcleos es esencial para mantener las modificaciones reguladoras. Cuando el tamaño del núcleo era grande, ya sea por manipulación o por la fusión prematura de los pronúcleos materno y paterno, el grado de marcaje químico disminuía.
Al investigar qué mantiene el tamaño de los pronúcleos pequeño en su estado natural y separado, descubrieron que ambos pronúcleos compiten por absorber factores que regulan el crecimiento nuclear. Esto proporcionó una explicación mecanicista clara de por qué el potencial de desarrollo de los núcleos fusionados es menor: como el núcleo único no tiene que competir por estos factores, termina siendo mucho más grande y, como resultado, se pierden las marcas reguladoras del genoma. "Me parece fascinante que una estructura tan familiar, dos núcleos separados en un óvulo fecundado, tenga una función clara y específica: crea activamente un entorno competitivo dentro de la célula que ayuda a mantener una regulación adecuada y favorece el desarrollo", aporta Kyogoku.
Para poner a prueba su teoría, el equipo introdujo temporalmente un pronúcleo adicional en cigotos con pronúcleos fusionados prematuramente, con el fin de restablecer la competencia. Y, en efecto, esta intervención logró limitar el tamaño nuclear y restaurar parcialmente las marcas reguladoras, así como el potencial de desarrollo.
El trabajo de la Universidad de Kobe abre un nuevo capítulo en la investigación sobre los primeros pasos de una nueva vida. "Incluso al comienzo de la vida, la organización espacial no es meramente incidental, sino de vital importancia", explica Kyogoku, biólogo de la Universidad de Kobe. Y añade: "Este resultado nos acerca un paso más a la comprensión de los principios físicos y biológicos que explican por qué los embriones tempranos son a la vez robustos y propensos a errores".